DE1910293A1 - Kraftstoffeinspritzduese - Google Patents

Description

EDUARD LORENZ · BERNHARD SEIDLER ·. MARGRIT SEIDLER

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^Ta9 28.Feh.19W;

Parker-Hannifin- Corporation.

Kraftstoff einspritzdüse "...""■"■

. Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse, die eine Düsenkopfanordnung mit einer Austrittsöffnung und einer dieser benachbarten, koaxialen Drallkammer besitzt, die im Durchmesser gewöhnlich mindestens dreimal so groß ist wie die Austrittsöffnung, wobei der flüssige Kraftstoff~ unter Druck durch tangentiale Eintrittslöcher oder -schlitze in die Drallkammer gedrückt wird, und dadurch einen Drall erhält oder einen Wirbel bildet. Aus der Austrittsöffnung wird der Kraftstoff dann in .IPorm eines hohlen Sprühkegels abgegeben. Es ist bekannt, daß für eine feine Zerstäubung eines Kraftstoffs zur Verbrennungen Gasturbinen und dergleichen hohe Geschwindigkeiten und hohe Drehzahlen des -Kraftstoffes erforderlich sind.

Obwohl in den Kraftstoffsystemen Filter eingebaut sind, 'hat es sich in der Praxis als praktisch unmöglich erwiesen, alle festen Teilchen von dem. Kraftstoff abzufiltrieren. Verunreinigungen können in dem Kraftstoff vorhanden sein, weil die Rohstoffe, aus denen er hergestellt worden ist,

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nicht genügend gereinigt oder filtriert worden sind_s Oder weil durch die Gasabzugsöffnungen von zur Lagerung des. .-, Kraftstoffs verwendeten Gefäßen Staut oder.Schmutz aus der Luft in den Kraftstoff gelengt sind, oder weil in dem Kraftstoff selbst chemische Veränderungen stattgefunden haben."■.-"...-■ und/oder weil zum Pumpen und Regeln der Flüssigkeit dienende Einrichtungen fremdstoffe abgegeben haben.

Es hat sich gezeigt, daß die Umfangswand der Dralls kammer einer Düse durch derartige Yerunreinigungen_s gleich: welcher Herkunft, leicht erodiert wird. Es besteht eine .-.' Tendenz zur Anreicherung der Verunreinigungen in der Drall-· kammer am größten Durchmesser derselben im Bereich der ■ Kraftstoffeintrittslöcher. In einem Äusführungsbeispiel einer Düse, in der die Drallkammer einen Durchmesser von . Oj32 cm hat j die beiden Eintrittslöcher einen Durehmesser _: von je 0,046 cm haben, der Düseneintrittsdruck 21 kg/cm ,Λ die Dichte des Kraftstoffes 800 kg/nr und die Viskosität. 1,5Gentistokes beträgt, werden infolge der Fliehkraft kugelförmige Teilchen festgehalten, die etwa die dreifache Dichte haben wie der Kraftstoff, wenn die Teilchen einen. Durchmesser von 12 Mikron haben. Unter diesen Bedingungen beträgt die Fliehkraftbeschleunigung etwa 35000 g und die Geschwindigkeit der Flüssigkeit am Umfang der Drallkammer etwa 75 km/h.

Die aufgefangenen Verunreinigungen können eine'-'--^ beträchtliche Menge erreichen und den Werkstoff des Düsenkopfes dadurch erodieren, daß sie an der Wand der Drall--:>-' kammer scheuern. Veim. der Erosionsvorgang begonnen hat,

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wird das Strömungsbild der Flüssigkeit in der Drallkammer verändert und treten Wirb el strömungen auf, welche die Erosionsgesehwindigkeit in örtlichen Bereichen vergi-ößern» Die Erosion bewirkt nicht nur ein Abtragen von Düsenwerkstoff, sondern in.manchen Fällen auch ein plastisches Fließen des Ilaterials im Bereich der Austrittsränder der Eintrittslöcher. Eine derartige Erosion ist in einem solchen Ausmaß eingetreten, daß die Wirkungsweise der Düse beeinträchtigt und dadurch die Bemessung der Strömung verändert und die Güte des Sprühnebels herabgesetzt wurde.

Eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einer Drallkammer, in die Flüssigkeit durch eine tangentiale Eintrittsöffnung eingeleitet wird, so daß die Flüssigkeit einen Drall erhält, und aus der Flüssigkeit in Form eines hohlen Sprühkegels durch eine Austrittsöffnung abgegeben wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine radial einwärts offene Ringnut in-der Wand der Drallkammer zwischen der Austrittsöffnung und der Eintrittsöffnung vorgesehen wird, und in der Flüssigkeit enthaltene Verunreinigungen unter Fliehkraftwirkung in diese Hut eintreten und darin festgehalten werden.

nachstehend werden vier Ausführungsbeispiele voll Kraftstoffeintrittsdüseii gemäß der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig; 1 das erste Ausführungsbeispiel der Düse, teilweise im Querschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in 'J-¹Ig. 1 und .

Fig. 3, A- und 5 im Querschnitt Seile-des zweiten,

dritten und vierten Ausführungsbeispiels der Düse.

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Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Düse 1 nach ■dem ersten Ausführungsbeispiel "besitzt einen Düsenkörper oder Verbinder 2, der mit einem Düsenansehlußstutzen eines Spritzrohrs 4 verschraubt ist. Zwischen dem Stutzen 3-und dem Verbinder 2 ist ein !!altering 5.eingesetzt. Der Verbinder 2 hat einen Kraftstoffeinspritzkänal 6, der über den 'Stutzen 3: mit einem Kraftstoff Zuführungskanal in dem Spritzrohr 4 in Verbindung steht. . . ■'

Auf dem Verbinder 2 ist eine Düsenkappe 7 aufgeschraubt. Zwischen dieser und dem. Ende des Verbinders 2 ist ein Ring 8 eingespannt, der innen einstückig mit einer Hut oder Hinterschneidung 9 ausgebildet ist, die im Durchmesser

größer ist als der größte Durchmesser D der Drallkammer 10, die zwischen dem Ende des Verbinders 2 und der konischen Bohrung 11 der Düsenkappe 7 angeordnet ist. Der Ring 8 besteht aus einem erosionsbeständigen. Werkstoff, z.B. Wolframcarbid oder Ghromcarbid.

Aus dem Eintrittskanal 6 fließt der Kraftstoff durch eine Querbohrung 12 in dem Verbinder 2 in einen Ringraum 13, der von der Düsenkappe 7 und dem Verbinder 2 begrenzt wird, und danach durch zwei tangential angeordnete Eintrittslöcher 14 in die Drallkammer 10, wobei dem Kraftstoff eine Wirbelbewegung erteilt wird. Wenn sich der rotierende Kraftstoff axial zu der Austrittsöffnung 15 hin bewegt, strömt er an der Nut9 des Ringes 8 vorbei, so daß den Kraftstoff verunreinigende, feste Teilchen unter Fliehkraftwirkung in die Nut 9 gelangen und nicht mit anderen Teilen in der Drallkammer 10 in Berührung bleiben. Das in

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der !Tut zurückbleibende, hohle Flächengebilde aus verunreinigter Flüssigkeit fließt dann in der konischen Bohrung 11 mit zunehmender Drallgeschwindigkext zu der Austrittsöffnung 15j so daß das aus der Flüssigkeit bestehende Flächen.-gebilde bei seinem Austritt durch die Austrittsöffnung 15 · unter Bildung eines hohlen Sprühkegels in feinverteilte
Teilchen aufgelöst'wird. Da derRing 8 aus erosionsbeständigem Werkstoff besteht, wird er durch die unter der Fliehkraftwirkung in die Mut 9 gelangenden Verunreinigungen nur ' Λ minimal erodiert.

Inder in"Fig.3 gezeigten,zweiten Ausführungsforra der Düse wird die zum Auffangen der Verunreinigungen bestimmte Nut 16 von zwei Ringen 17 aus erosionsbeständigem Werkstoff gebildet. Da die Hut 16 von zwei Teilen gebildet wird, ist die zur Bildung der Hut erforderliche spangebende Bearbeitung oder spanlose-Verformung leichter durchführbar.

Fig. 4- zeigt ein drittes Ausführung sbe is pi ei der Kraftstoffeinspritzdüse. Dieses Ausführungsbeispiel ähnelt dem zweiten, doch ist die Düsenkappe 18. derart abgeändert, ^ daß sie zwei Ringe 19 und 20 aufnimmt, welche die zum Auffangen der Verunreinigungen dienende Hut 21 begrenzen. Der Ring 20 ist ebenfalls einstückig mit der konischen'Bohrung 22 und der Austrittsöffnung 23 ausgebildet. Die beiden
Ringe 19 und 20 bestehen aus erosionsbeständigem Werkstoff, so daß die Erosion nicht nur in der Hut 21 , sondern auch
in der konischen Zuführungsbohrung' 22 und der Austrittsöffnung 23 auf ein Minimum reduziert wird.

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In der in Pig« 5 gezeigten, vierten Düse ist der aus üblichem Düsenwerlcstoff bestehende Verbinder 24 mit
den tangentialen Eintrittslöchern 14 und der zum Auffangen der Verunreinigungen dienenden Hut 25 versehen. Die lut 25 ist erosionsbeständig, weil sie mit einem Oberflächenüberzug 26 aus Hart st off, z.B. aus flamingespritztem Wolfram- _:
carbid, versehen ist.

Im Rahmen dea Erfindungsgedankens sind natürlich verschiedene weitere Abänderungen möglich·

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Claims (9)

Patentansprüche;

1. ilCraftstoff einspritzdüse mit einer Drallkammer, in die Flüssigkeit durch, eine tangentiale Eintritts öffnung eingeleitet.wird, so daß die Flüssigkeit einen Drall erhält, und aus der Flüssigkeit in Form eines hohlen Sprühkegels durch eine Austrittsöffnung abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine radial einwärts offene Ringnut (9) in der Wand der Drallkammer (10) zwischen der Austritts öffnung

(15) und der Eintrittsöffnung (14) vorgesehen wird, und in " der Flüssigkeit enthaltene Verunreinigungen unter Fliehkraftwirkung in diese Hut eintreten und darin festgehalten werden.

2. Düse nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Hut (9) von einem Werkstoff gebildet ist, der gegenüber der Erosion durch die unter Fliehkraftwirkung darin eintretenden Verunreinigungen beständig ist.

3· Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Düse (T). einen Düsenkörper (2), eine Düsenkappe (7) * und einen Ring (8) besitzt, der aus erosionsbeständigem Werkstoff besteht, zwischen der Kappe und dem Körper angeordnet und mit der zum Auffangen der Verunreinigungen dienenden Hut (9) ausgebildet ist. ■ -

4· Düse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (1) einen Düsenkörper (2), eine Düsenkappe (7) und zwei Ringe (17) besitzt, die aus erosionsbeständigem \7erkstoff bestehen, zwischen der Kappe und dem Körper angeordnet sind und die zum Auffangen der Verunreinigungen dienende Hut (16) begrenzen.

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5- Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (1) einen Düsenkörper (2), eine Düsenkappe (7) und zwei Ringe (19t 20) besitzt, die aus erosionsbeständigem Material bestehen, zwischen der-Kappe und dem Körper angeordnet sind und die zum Auffangen der Verunreinigungen dienende Hut (21) begrenzen, wobei der eine dieser Ringe (20) die Austrittsöffnung (23) und einen zwischen der Austrittsöffnung und-der ITut· befindlichen Teil der ^Brällkammer ( 10) enthält.

6. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (1) .eine Düsenkappe und Düsenkörperteile (7, 24) besitzt, welche die Austrittsöffnung (15), die Drällkammer _: (10) und die tangentiale Eintrittsöffnung (14) begrenzen, , einer der Teile (24) im Bereich der Eintrittsöffnung mit der zum Auffangen von Verunreinigungen dienenden Hut (25) ausgebildet ist und mindestens die Wandungen der Hut aus erpsionsbeständigem Material bestehen.

7· Düse nach Anspruch 6, α.3άμ:το]ι gekennzeichnet, daß das erosionsbeständige Material einen flammgespritzten Überzug (26) bildet, der mindestens auf der oberfläche der Nut (25) aufgetragen ist.

8. Düse nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzßichnet, daß das erosionsbeständige Material Wolframcarbid ist.

9. Düse nach einem der Ansprüche 2 bis 7, "dadurchgekennzeichnet, daß das erosionsbeständige Material Chromcarbid ist.

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